Posted in Biologi

(Bukan) Tongkat-tongkat Cahaya

(Bukan) Tongkat-tongkat Cahaya

Tikus tikus yang ddikendalikan tongkat cahaya di dunia dongeng.
Tikus tikus yang ddikendalikan tongkat cahaya di dunia dongeng.

Seorang wanita tua bergaun biru itu mengayunkan tongkatnya. Secercah cahaya muncul dari tongkat, mengarah pada dua tikus yang sedari tadi bertengkar. Tiba-tiba, keduanya tersentak. Mereka tak lagi bicara dan kini berlari-lari tanpa bisa berhenti mengikuti ke mana cahaya biru itu diarahkan oleh empunya.

Di tempat lain…

Seseorang berjas putih itu menatap serius kotak kaca di depannya. Tangannya siaga, bersiap, dan…  “ctek” Cahaya biru pun muncul dari seutas kabel panjang. Tikus di dalam kotak yang semula asyik bermain-main seketika berlarian mengitari bagian dalam kotak, membentuk pola lingkaran. “Ctek”, cahaya biru nan misterius menghilang dan bersamaan dengan itu si tikus kembali tenang, bermain-main. “Ctek..ctek..” Berulang-ulang, bergantian, cahaya biru muncul dan menghilang. Berulang-ulang pula si tikus berlari dalam pola lingkaran-terdiam-berlari-terdiam dan asyik kembali. Di belakang sana seulas senyum yang tak kalah misteriusnya terukir dari si empunya jas putih.

Teman-teman, tahukah kalian bahwa kejadian ke dua benar-benar ada di dunia nyata? Ya, tentu berbeda dengan “tongkat cahaya” milik si wanita tua. Bukan juga fiksi seperti yang mungkin kalian duga. Pergerakan tikus dalam kotak itu murni dikontrol oleh cahaya, dengan teknologi abad ke-21 yang kita sebut optogenetik. Optogenetik? Makanan jenis apa lagi itu? Sst, berhentilah memikirkan makanan dulu kawan. Lebih baik, kita simak penjelasannya sekarang juga J

Penantian panjang neurosaintis

Optogenetik merupakan sebuah kata yang merupakan gabungan dari kata “opto” (dari bahasa Yunani optos, berarti “terlihat”) dan genetik. Teknologi ini memanfaatkan cahaya untuk mengatur fungsi sel pada sel yang mengekspresikan protein yang sensitif terhadap cahaya (light-sensitive protein). Untuk bisa mengekspresikan protein khusus tersebut, sebelumnya  sel telah dimodifikasi secara genetik. Metode optogenetik yang akan dibahas kali ini adalah metode yang dikembangkan oleh Karl Deisseroth, seorang neurosaintis di Stanford University, dan Ed Boyden, yang saat itu merupakan mahasiswa pascasarjana di lab milik Deisseroth.

Sejarah optogenetik sesungguhnya telah dimulai berpuluh-puluh tahun sebelumnya. 40 tahun sebelum Deisseroth dan timnya menemukan metode ini, para ahli mikrobiologi sudah mengetahui bahwa beberapa mikroorganisme memproduksi protein yang bisa diaktifkan oleh cahaya tampak. Protein tersebut mampu mengatur aliran ion melalui membran plasma secara langsung. Di sisi lain, neurosainstis juga sudah amat paham bahwa untuk mengaktifkan sel-sel syaraf dan otot diperlukan aliran ion tertentu yang melewati membran plasma. Namun, sadarkah mereka akan kemungkinan dihubungkannya kedua bidang ini—mikrobiologi dan neurosains? Jawabannya, ya. Sayangnya, terlalu banyak ilmuwan yang sangsi akan keberhasilan “perkawinan” dua bidang yang amat bertolak belakang ini, tentunya dengan banyak pertimbangan yang tidak sembarangan.

Revolusi optogenetik. Sumber: http://blogs.scientificamerican.com/
Revolusi optogenetik. Sumber: http://blogs.scientificamerican.com/

Berpuluh tahun kemudian, bermodalkan motivasi tinggi, pengetahuan mendalam, dan anggota tim bertalenta tinggi, tim bioengineering yang dipimpin oleh Deisseroth berusaha keras mewujudkan tantangan “protein mikroba+sel syaraf”. Penelitian berisiko tinggi ini pun akhirnya berbuah hasil manis, seperti yang dilaporkan pada bulan Agustus 2005 di jurnal internasional Nature. Mereka berhasil mengisolasi DNA yang mengkode kemampuan menangkap dan memanfaatkan cahaya (photoreceptive) dari alga dan memindahkan gen tersebut ke dalam sel syaraf tikus. Selanjutnya, opsin, protein yang dapat mengubah cahaya menjadi sinyal listrik, pun diproduksi dari gen-gen tersebut. Ketika opsin dipaparkan pada cahaya tertentu, opsin akan menyebabkan neuron terksitasi.  Foila! Ini dia yang dinanti-nantikan para neurosaintis sejak lama. Kalian bisa menyaksikan videonya di bawah ini

Enam langkah menuju optogenetik

Bagaimana para peneliti melakukannya? Pertama, para peneliti megisolasi DNA yang mengkode kemampuan fotoreseptif tersebut dan membentuk konstruksi gen terlebih dahulu. Konstruksi gen ini terdiri dari promoter (untuk mendorong ekspresi gen) dan gen yang mengkode opsin (protein yang sensitif terhadap cahaya). Setelah konstruksi gen berhasil dilakukan, konstruksi tersebut kemudian dimasukkan ke dalam tubuh virus untuk selanjutnya diinjeksikan pada otak tikus. Di dalam sel syaraf tikus gen tersebut memproduksi opsin. Langkah keempat, ‘optrode’ alias gabungan kabel serat optik plus elektroda dihubungkan dengan otak tikus. Terakhir, setelah semua peranti terpasang, sel syaraf diberi paparan cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Cahaya tersebut menyebabkan kanal ion pada sel saraf, menyebabkan masuknya aliran ion Natrium. Sel pun tereksitasi (menghantarkan sinyal).

Enam langkah dalam pengaplikasian optogenetik pada tikus. Sumber: http://www.etudogentemorta.com/wp-content/uploads/2010/05/optogenetics.jpg
Enam langkah dalam pengaplikasian optogenetik pada tikus. Sumber: http://www.etudogentemorta.com/wp-content/uploads/2010/05/optogenetics.jpg

Pemain utama

Teman-teman, penasaran tidak sih dengan pemain utama dari teknologi optogenetik ini? Yuk perkenalkan, di sini sudah ada channelrhodopsin yang berasal dari alga hijau, halorhodopsin dari archae, dan tak lupa bacteriorhodopsin dari bakteri. Mereka semua adalah kelompok opsin, protein yang sensitif pada cahaya (photoreceptive proteins) yang berasal baik dari alga maupun bakteria.

Protein dari jenis yang berbeda dapat distimulaasi dengan cahaya yang berbeda. Channelrhodopsin distimulasi dengan cahaya biru untuk mengeksitasi sel sedangkan halorhodopsin distimulasi dengan cahaya kuning untuk menonaktifkan sel. Sumber: http://www.nature.com/nmeth/journal/v8/n1/full/nmeth.f.324.html
Protein dari jenis yang berbeda dapat distimulaasi dengan cahaya yang berbeda. Channelrhodopsin distimulasi dengan cahaya biru untuk mengeksitasi sel sedangkan halorhodopsin distimulasi dengan cahaya kuning untuk menonaktifkan sel. Sumber: http://www.nature.com/nmeth/journal/v8/n1/full/nmeth.f.324.html

Setiap protein tersebut diaktifkan oleh cahaya yang berbeda dan memberikan efek yang berbeda pula — eksitasi atau inhibisi. Channelrhodopsin dapat diaktifkan dengan cahaya biru dan menyebabkan sel tereksitasi. Halorhodopsin dan bacteriorhodopsin diaktifkan oleh cahaya yang berbeda, kuning dan hijau, tetapi menghasilkan efek yang sama, inhibisi (sel inaktif).

Untuk bagian ke dua dari artikel ini sila menuju ke sini

Advertisements

Author:

Pembelajar, ingin menjadi ibu plus guru keren di masa depan. Bercita-cita punya perpustakaan sendiri di mana anak-anak bisa belajar dan mendengarkan cerita seminggu sekali.

Kindly share your thoughts here

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s